package sort;

import java.util.Stack;

public class Sort {
    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 是否稳定：稳定
     *
     * @param array 需要排序的数组
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：比较复杂，取决与gap的取值
     * 空间复杂度：O(1)
     * 是否稳定：不稳定
     *
     * @param array 需要排序的数组
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 是否稳定：不稳定
     *
     * @param array 需要排序的数组
     */
    public static void selectSort1(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, minIndex, i);
        }
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 选择排序优化版  用left存放最小，right存放最大，一轮排序两个
     * 时间复杂度O()
     *
     * @param array 待排序数组
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int j = left + 1; j <= right; j++) {
                if (array[j] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = j;
                }
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            //如果开头就是最大的数字，则maxIndex一直指向left位置
            //但是minIndex和left已经交换，所以此时minIndex就是
            //最大值的位置
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, maxIndex, right);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 是否稳定：不稳定
     *
     * @param array 需要排序的数组
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end >= 0) {
            swap(array, 0, end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    private static void createBigHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int end) {
        int child = parent * 2 + 1;
        while (child < end) {
            if (child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            //此时的child一定是指向孩子当中最大的一个
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 是否稳定：稳定
     *
     * @param array 待排序的数组
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flag = true;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flag = false;
                }
            }
            if (flag) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(logN)
     * 稳定性：不稳定
     * <p>
     * 我们一般会把快速排序进行优化，使得时间复杂度保持在O(N*logN)的最好情况
     * 常见优化有两种：
     * 1.三数区中法
     * 2.局部插入法
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick2(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //优化2：(处理数据过多的栈溢出问题)
        if ((end - start) < 10) {
            insertSortRange(array, start, end);
            return;
        }
        //优化1：(处理数据过于有序问题如：12345)
        int index = midTreeNum(array, start, end);
        swap(array, index, start);

        int par = partition(array, start, end);
        quick(array, start, par - 1);
        quick(array, par + 1, end);
    }

    private static void quick1(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //优化1：使得每次的快速排序尽可能程完全二叉树形式，效率可以达到O(N*logN)
        //例如：如果array为1 2 3 4 5这种顺序来进行快排，类似于冒泡排序效率为O(N^2)
        //三数取中
        int index = midTreeNum(array, start, end);
        //让start和中位数进行互换
        swap(array, start, index);
        //就变成了3 1 2 4 5，之后就能均分
        int par = partition(array, start, end);
        quick(array, start, par - 1);
        quick(array, par + 1, end);
    }

    private static void quick2(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //优化2：局部进行插入排序，因为快速排序类似于二叉树的遍历，当
        //层级越往后，包含的节点就会越多，当递归到一定程度的时候，可以
        //让剩余的部分，进行直接插入排序
        if (end - start < 10) {
            insertSortRange(array, start, end);
            return;
        }
        int par = partition(array, start, end);
        quick(array, start, par - 1);
        quick(array, par + 1, end);
    }

    private static void insertSortRange(int[] array, int start, int end) {
        //进行直接插入排序
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    //返回三个数的中位数下标
    private static int midTreeNum(int[] array, int start, int end) {
        int mid = (start + end) / 2;
        if (array[start] < array[end]) {
            if (array[mid] < array[start]) {
                return start;
            } else if (array[mid] > array[end]) {
                return end;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (array[mid] < array[end]) {
                return end;
            } else if (array[mid] > array[start]) {
                return start;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * HOARE法
     * <p>
     * 用来找到 单次快排下 确定的 数组元素下标
     *
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array, right, left);
        }
        swap(array, left, i);

        return left;
    }

    /**
     * 挖坑法
     * <p>
     * 用来找到 单次快排下 确定的 数组元素下标
     *
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    /**
     * 快速排序 非递归方式
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        int par = partition(array, left, right);
        if (par > left + 1) {
            stack.push(left);
            stack.push(par - 1);
        }
        if (par < right - 1) {
            stack.push(par + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            par = partition(array, left, right);
            if (par > left + 1) {
                stack.push(left);
                stack.push(par - 1);
            }
            if (par < right - 1) {
                stack.push(par + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 是否稳定：稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortFun(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void mergeSortFun(int[] array, int left, int right) {
        //先进行拆分
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortFun(array, left, mid);
        mergeSortFun(array, mid + 1, right);
        //此时都已拆分完毕，接下来进行合并
        merge(array, left, mid, right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] arr = new int[right - left + 1];
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right;
        int k = 0;
        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if (array[s1] <= array[s2]) {
                arr[k++] = array[s1++];
            } else {
                arr[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= e1) {
            arr[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            arr[k++] = array[s2++];
        }
        //拼接到原来的array数组里面
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i + left] = arr[i];
        }
    }

    //归并排序非递归实现
    public static void mergeSorNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap <= array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + 2 * gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if(mid > array.length-1){
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = left + 2 * gap - 1;
                if(right > array.length-1){
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

}
